橋梁抖動是什麼物理情況

『壹』 什麼原因導致了大橋出現了異常抖動

隨著現代懸索橋的出現，人類得以建造出越來越長的橋梁。懸索橋的跨度可以很長，能夠跨過峽谷、大江、海峽，例如，橫跨300多米深峽谷的中國矮寨特大懸索橋；楊泗港長江大橋的主跨長度可達1.7公里，這在世界懸索橋中位列第二，而在世界雙層懸索橋中位列第一。

由於懸索橋的跨度長，這會帶來一些空氣動力學問題。當大風橫向吹過懸索橋，橋面有可能會出現波浪式的晃動，這會讓行經橋上的人感到非常不適。如果嚴重的話，橋梁還有可能被搖晃垮塌。

『貳』 虎門大橋異常抖動的原因竟然和汽車空氣動力學有關系

文/張一
五一假期的最後一天，新聞頭條給了廣東的虎門大橋。從多家媒體報道及現場視頻得知，5.5下午虎門大橋發生了異常抖動，整段橋面像波浪一樣起起伏伏的在搖晃，現場一度看起來有些驚悚。
而很快，關於大橋異常抖動的原因也出來了。根據今日凌晨廣東省交通集團通報，專家組初步判斷大橋抖動是因為橋梁在特定風環境條件下，產生了橋梁渦振現象，並不會影響虎門大橋後續使用的結構安全和耐久性。
至於發生橋梁渦振的主要原因則是：沿橋跨邊護欄連續設置的水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形。
「水馬」，其實就是我們日常在道路經常見到東西，如下圖，塑料空心結構，中間注水用來當作臨時路障。而「氣動外形」這個詞聽起來也很像汽車上術語。

不過一排小小的水馬竟然能讓一座跨海大橋發生異常抖動，這還是有點厲害了。而這背後的原理其實和汽車的空氣動力學也是有些相似的。大家都知道，汽車開發是應用到空氣動力學的，風阻系數這個詞就是這一體現。
通過汽車的形面設計，使汽車的迎風面積盡量縮小，同時還要注意導流，讓空氣盡量貼著物體表面走，因為當較快的風速遇到凹凸不平的面，很容易產生混亂的渦流，不僅消耗汽車動能，對車身穩定性也有影響。
渦流這一點很好理解，如果你有過駕駛經驗，當速度高於50km/h，你打開部分車窗，如果能感受到風伴隨著你的頭發在臉上胡亂的吹過，那就近似是產生渦流了。當然了，在汽車上，真正通常亂流產生較大的區域是三廂車的後車窗處。
所以汽車上通常的做法是，盡量減少凹凸面，或者進行導流設計，比如一些前包圍、翼子板、前後擴散器以及加裝底盤護板的做法，在加快空氣流速提高下壓力的同時也是起到防止空氣流動混亂。
不過和汽車不同的是，在大型橋梁或者建築上，應用空氣動力學主要目的並不是利用風來做什麼事情。而是盡量降低風對於建築的風壓以及空氣動力干擾，也就是盡量讓風「無視」或不影響到自己，這一點對於一些高層建築及跨海大橋尤為重要。

▲日本Tozaki Bridge橋樑上的雙層翼板設計
比如，現如今大型建築物在建設前都會和汽車或飛機一樣做風洞實驗，而很多橋梁在建設時也會通過設計防撞護欄形式或者設計一個類似汽車上的翼子板一樣的護欄進行導流，從而減低空氣動力干擾。
而此次虎門大橋產生的「橋梁渦振」全稱應該是「橋梁渦激共振」，其意思就是指在平均風作用下，有繞流通過實腹梁橋斷面後交替脫落的渦旋引起的振動。

而網上流傳的另一種說法「卡門渦街效應」，其實也是流體力學的一個分支，其提出者則是大名鼎鼎的馮·卡門先生。不過「橋梁渦振」現象和「卡門渦街效應」是類似的，都能解釋這次虎門大橋為什麼會發生異常抖動。
就是當一定的風速吹過虎門大橋時，剛好一排不大不小1.2M高的水馬對氣流產生了影響，使穿過大橋的氣流周期性地產生兩串平行的反向旋渦，繼而連續性的旋渦會對被繞的橋梁產生周期性作用力，這個力剛好與橋梁的自振接近從而產生共振，繼而又使得橋梁自身的振幅得到放大最終導致了視頻中橋面接近扭曲的效應。
只不過是一陣「微風」配合1.2m高的水馬卻足以撼動15km長的跨海大橋，這也是算是空氣動力學的一次典型應用了。
本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

『叄』 為什麼貨車經過橋梁時明顯感覺到橋在抖動

這屬於共振現象。
共振(resonance）是物理學上的一個運用頻率非常高的專業術語，是指一物理系統在特定頻率下，比其他頻率以更大的振幅做振動的情形；這些特定頻率稱之為共振頻率。在共振頻率下，很小的周期振動便可產生很大的振動，因為系統儲存了動能。當阻力很小時，共振頻率大約與系統自然頻率或稱固有頻率相等，後者是自由振盪時的頻率。自然中有許多地方有共振的現象如：樂器的音響共振、太陽系一些類木行星的衛星之間的軌道共振、動物耳中基底膜的共振，電路的共振等。人類也在其技術中利用或者試圖避免共振現象。
19世紀初，一隊拿破崙士兵在指揮官的口令下，邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐，通過法國昂熱市一座大橋。快走到橋中間時，橋梁突然發生強烈的顫動並且最終斷裂坍塌，造成許多官兵和市民落入水中喪生。後經調查，造成這次慘劇的罪魁禍首，正是共振！因為大隊士兵齊步走時，產生的一種頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋的振動加強，當它的振幅達到最大限度直至超過橋梁的抗壓力時，橋就斷裂了。類似的事件還發生在俄國和美國等地。有鑒於此，所以後來許多國家的軍隊都有這么一條規定：大隊人馬過橋時，要改齊走為便步走。
對於橋梁來說，不光是大隊人馬厚重整齊的腳步能使之斷裂，那些看似無物的風兒同樣也能對之造成威脅。1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀，盡管當時的風速還不到設計風速限值的1/3，可是因為這座大橋的實際的抗共振強度沒有過關，所以導致事故的發生。每年肆虐於沿海各地的熱帶風暴，也是藉助於共振為虎作倀，才會使得房屋和農作物飽受摧殘。因為風除了產生沿著風向的一個風向力外，還會對風區的構築物產生一個橫力，而且風在表面的漩渦在一定條件下產生脫落，從而對構築物產生一個震動。要是風的橫力產生的震動頻率和構築物的固定頻率相同或者相近時，就會產生風荷載共振。近幾十年來，美國及歐洲等國家和地區還發生了許多起高樓因大風造成的共振而劇烈搖擺的事件。

『肆』 車從橋上過為什麼橋會晃

因為車輛經過橋梁的時候會產生共振。

因為車輛經過橋梁的時候會產生共振，嚴重時會導致僑梁坍塌，於是在現在的橋梁設計中，採用柔性結構代替以前的剛性結構。

使得車輛經過橋梁的時候產生晃動，這種晃動的頻率是紊亂的，從而使得車輛的震動頻率和橋梁的固有頻率不會接近、吻合，從而避免了共振。

共振在力學和電學中亦稱「諧振」，它指的是物體因共振而放大強度的現象，如兩個相同的彈簧連在一起時，其中一個簡諧運動時，另一個也會簡諧運動。

產生共振的重要條件之一，就是要有彈性，而且一件物體受外來的頻率作用時，它的頻率要與後者的頻率相同或基本相近。

從總體上來看，這宇宙的大多數物質是有彈性的，大到行星小到原子，幾乎都能以一個或多個固有頻率來振動。

共振不僅在物理學上運用頻率非常高，而且，共振現象也可以說是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現象之一，所以在某種程度上甚至可以這么說，是共振產生了宇宙和世間萬物，沒有共振就沒有世界。

以上內容參考：網路-共振現象

『伍』 車輛過橋時橋會震動有哪些物理現象

車輛過橋時涉及的物理現象多了，但就有關「震動」的也不少，但是其中最危險的就是車輛等過橋時引起的震動頻率正好等於橋梁本身的固有頻率，此時，將引起「共振」可能導致橋梁發生意外。

『陸』 貨車過橋發生振動是什麼原理

主要是振動現象。車輛過橋的時候，車輛的振動會傳遞到橋上，引起橋梁的振動（受迫振動），當車輛的振動頻率與橋梁的固有頻率接近或一致時，會引起橋梁的共振。
由於車過橋時，會有個震動頻率，而橋有個固有頻率，當汽車過橋時，由於頻率的效應，所以橋會震動，當汽車震動頻率與橋的固有頻率相同時，就會產生共振現象，此時橋會斷掉的

『柒』 大橋為什麼會出現異常抖動的情況，背後有什麼科學解釋

不過，在設計允許的范圍內，橋面有時會出現一些上下起伏的波動，這種晃動是正常的渦激振動現象。其原因可能是由橋面的截面發生變化所致，例如，放置水馬圍擋。只要振動幅度不大，沒有超過設計范圍，大橋是不會有問題的。

『捌』 虎門大橋為什麼抖動

據專家分析，水馬是渦振誘因，連續設置水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定風環境條件下，產生的橋梁渦振現象。另外，也有專家猜測也可能與大橋「阻尼比」有關。

5月5日14時許，虎門大橋發生較為明顯的抖動，隨後雙向全封閉。5月6日，廣東省交通集團通報稱，省交通運輸廳、省交通集團連夜組織國內12位知名橋梁專家召開專題視頻會議進行了研判。

經專家組初步判斷，虎門大橋懸索橋本次振動主要原因是，由於沿橋跨邊護欄連續設置水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定風環境條件下，產生的橋梁渦振現象。

專家還有種猜測，與大橋「阻尼比」有關。通俗說，「阻尼比」類似病毒抗體，代表其抵抗大橋振動的能力。阻尼比越小，大橋抗震能力就越低。虎門大橋存在25年之久，有可能阻尼比變小，影響到抗渦振能力。

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虎門大橋結構安全

近期，我國大橋似乎有點「飄」。4月26日，武漢鸚鵡洲長江大橋橋體發生波浪形晃動。9天後，廣東虎門大橋懸索橋也來了一波類似的「神晃動」，讓大橋「飄」上了熱搜。

抖音視頻里虎門大橋的波動「大片」，著實讓人瘮得慌。不過，專家均表示，盡管大橋「飄」得明顯，但仍安全。

對於大橋的「飄動」，中國工程院院士陳政清認為可分「動靜」兩種角度。大橋在設計時，均會考慮結構承載能力，即大橋滿載時最大下沉幅度。據估算，虎門大橋最大下沉幅度為2米，此次大橋「飄」幅0.5米左右。從這一靜力概念看，大橋很安全。